bab ii tinjauan pustaka - eprints.undip.ac.ideprints.undip.ac.id/72312/3/bab_ii.pdf · fungsi klep...
Post on 14-Aug-2019
241 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Pompa Hidram
Pompa merupakan salah satu jenis alat yang berfungsi untuk memindahkan
zat cair dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan. Zat cair tersebut contohnya
adalah air, oli serta fluida lainnya yang tak mampu mampat.
Pompa hidram atau singkatan dari hydraulic ram berasal dari kata hydro (air)
dan ram (hantaman/pukulan) sehingga dapat diartikan menjadi tekanan air.
Berdasarkan definisi tersebut maka pompa hidram dapat diartikan sebagai sebuah
pompa yang energi atau tenaga penggeraknya berasal dari tekanan atau hantaman
air yang masuk ke dalam pompa melalui pipa. Untuk itu, masuknya air yang berasal
dari sumber air ke dalam pompa harus berjalan secara kontinyu atau terus menerus
agar pompa dapat terus bekerja.
Sumber: kelair.bppt.go.id
Gambar 2.1 Instalasi pompa hidram
2
Dalam operasinya, pompa hidram mempunyai banyak keuntungan
dibandingkan dengan jenis pompa lainnya, yaitu tidak membutuhkan sumber
tenaga tambahan, biaya operasional murah, tidak memerlukan pelumasan, sangat
kecil kemungkinan terjadinya keausan karena hanya mempunyai 2 bagian yang
bergerak, perawatan sederhana dan dapat bekerja secara efisien pada kondisi yang
sesuai serta dapat dibuat dengan peralatan yang sederhana, sehingga alat ini sering
dianggap sebagai pompa yang ekonomis.
Penggunaan pompa hidram tidak terbatas hanya pada penyediaan air untuk
kebutuhan rumah tangga saja, tetapi juga dapat digunakan untuk memenuhi
kebutuhan air pada sektor lainnya. Untuk itu, penggunaan pompa hidram dapat
memberikan banyak manfaat, diantaranya:
a. Untuk mengairi sawah dan ladang ataupun areal perkebunan yang
membutuhkan pasokan air secara kontinyu. Hal ini cocok diterapkan di
daerah pertanian dan persawahan tadah hujan yang tidak terjangkau oleh
jaringan irigasi dan terletak di tempat yang lebih tinggi daripada sumber
air, karena pompa hidram dapat memompa air dari bawah ke tempat
yang lebih tinggi dalam jumlah yang memadai.
b. Untuk mengairi kolam dalam usaha perikanan.
c. Mampu menyediakan air untuk usaha peternakan.
d. Mampu memberi pasokan air untuk kebutuhan industri atau pabrik-
pabrik pengolahan.
e. Air yang dihasilkan mampu menggerakan turbin yang berputar karena
kekuatan air yang masuk dari pompa hidram, sehingga dapat
menghasilkan listrik bila dihubungkan dengan generator.
2.2 Prinsip Kerja Pompa Hidram
Mekanisme kerja pompa hidram adalah pelipat gandaan kekuatan pukulan
sumber air yang merupakan input ke dalam tabung pompa hidram dan
menghasilkan output air dengan volume tertentu sesuai dengan lokasi yang
memerlukan. Dalam mekanisme ini terjadi proses perubahan energi kinetis berupa
aliran air menjadi tekanan dinamis yang mengakibatkan timbulnya palu air,
sehingga terjadi tekanan yang tinggi di dalam pipa. Dengan perlengkapan klep
buang dan klep tekan yang terbuka dan tertutup secara bergantian, tekanan dinamik
diteruskan ke dalam tabung udara yang berfungsi sebagai kompresor, yang mampu
mengangkat air dalam pipa penghantar.
Cara kerja pompa hidram berdasarkan posisi klep buang dan variasi
kecepatan fluida terhadap waktu, dapat dibagi menjadi 4 periode, seperti yang
terlihat pada Gambar 2.2.
Sumber: Suroso, 2012
Gambar 2.2 Prinsip kerja pompa hidram
Gambar 2.2 menjelaskan tentang cara kerja pompa hidram yang terbagi ke
dalam 4 tahap, diantaranya:
a. Akselerasi
Pada tahap ini klep buang terbuka dan air mulai mengalir dari sumber air
melalui pipa masuk, memenuhi badan hidram dan keluar melalui klep buang.
Akibat pengaruh ketinggian sumber air, maka air yang mengalir tersebut
mengalami percepatan sampai kecepatannya mencapai nol. Posisi klep tekan
masih tertutup. Pada kondisi awal seperti ini, tidak ada tekanan dalam tabung
udara dan belum ada air yang keluar melalui pipa penyalur. Gambar 2.3 berikut
adalah skema pompa hidram pada tahap akselerasi.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.3 Skema pompa hidram pada tahap akselerasi
b. Kompresi
Saat kompresi, air memenuhi badan pompa. Klep buang terus menutup dan
akhirnya tertutup penuh. Pada saat itu air bergerak sangat cepat dan tiba-tiba ke
segala arah yang kemudian mengumpulkan energi gerak yang berubah menjadi
energi tekan. Pada pompa hidram yang baik, proses menutupnya klep buang
terjadi sangat cepat. Skema pompa hidram saat kompresi dapat dilihat pada
Gambar 2.4.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.4 Skema pompa hidram pada tahap kompresi
c. Penghantar
Pada tahapan yang ketiga ini, keadaan klep buang masih tetap tertutup.
Penutupan klep yang secara tiba-tiba tersebut menciptakan tekanan yang sangat
besar dan melebihi tekanan statis yang terjadi pada pipa masuk. Kemudian
dengan cepat klep tekan terbuka sehingga sebagian air terpompa masuk ke
tabung udara. Udara yang ada pada tabung udara mulai mengembang untuk
menyeimbangkan tekanan dan mendorong air keluar melalui pipa penyalur.
Skema pada tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.5.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.5 Skema pompa hidram pada tahap penghantar
d. Rekoil
Klep tekan tertutup dan tekanan di dekat klep tekan masih lebih besar
daripada tekanan statis di pipa masuk, sehingga aliran berbalik arah dari badan
hidram menuju sumber air. Rekoil menyebabkan terjadinya kevakuman pada
hidram yang mengakibatkan sejumlah udara dari luar masuk ke pompa.
Tekanan di sisi bawah klep buang berkurang, dan karena berat klep buang itu
sendiri, maka klep buang kembali terbuka. Tekanan air terjadi pada pipa
kembali ke tekanan statis sebelum siklus berikutnya terjadi
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.6 Skema pompa hidram pada tahap rekoil
Bentuk ideal dari tekanan dan kecepatan aliran pada ujung pipa pemasukan
dan kedudukan klep buang selama satu siklus kerja hidram, diperlihatkan
dengan sangat sederhana dalam sebuah grafik yang dapat dilihat pada Gambar
2.7 di bawah ini.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.7 Diagram satu siklus kerja pompa hidram
Gambar 2.7 menjelaskan diagram satu siklus kerja pompa hidram yang
terbagi ke dalam 5 periode, yaitu:
a. Periode 1
Akhir siklus yang sebelumnya, kecepatan air melalui ram
bertambah, air melalui klep buang yang sedang terbuka, timbul tekanan
negatif yang kecil dalam hidram.
b. Periode 2
Aliran bertambah sampai maksimum melalui klep buang yang
terbuka dan tekanan dalam pipa pemasukan juga bertambah secara
bertahap.
c. Periode 3
Klep buang mulai menutup dengan demikian menyebabkan
naiknya tekanan dalam hidram, kecepatan aliran dalam pipa pemasukan
telah mencapai maksimum.
d. Periode 4
Klep buang tertutup, menyebabkan terjadinya palu air (water
hammer) yang mendorong air melalui klep tekan. Kecepatan aliran pipa
pemasukan berkurang dengan cepat.
e. Periode 5
Denyut tekanan terpukul ke dalam pipa pemasukan,
menyebabkan timbulnya hisapan kecil dalam hidram. Klep buang
terbuka karena hisapan tersebut dan juga karena beratnya sendiri. Air
mulai mengalir lagi melalui klep buang dan siklus hidram terulang
kembali.
2.3 Komponen Pompa Hidram
Pompa hidram terdiri dari beberapa komponen yang membentuk suatu
sistem, yang meliputi klep buang, klep tekan, tabung udara, pipa masuk/penghantar,
dan pipa keluar/penyalur.
2.3.1 Klep Buang
Klep buang merupakan salah satu komponen terpenting pompa hidram, oleh
sebab itu klep buang harus dirancang dengan baik sehingga berat dan gerakannya
dapat disesuaikan.
Fungsi klep buang sendiri untuk mengubah energi kinetik fluida kerja yang
mengalir melalui pipa pemasukan menjadi energi tekanan dinamis fluida yang akan
menaikkan fluida kerja menuju tabung udara.
Klep buang dengan beban yang berat dan panjang langkah yang cukup jauh
memungkinkan fluida mengalir lebih cepat, sehingga saat klep buang menutup,
akan terjadi lonjakan tekanan yang cukup tinggi, yang dapat mengakibatkan fluida
kerja terangkat menuju tabung udara. Sedangkan klep buang dengan beban ringan
dan panjang langkah lebih pendek, memungkinkan terjadinya denyutan yang lebih
cepat sehingga debit air yang terangkat akan lebih besar dengan lonjakan tekanan
yang lebih kecil.
2.3.2 Klep Tekan
Klep tekan adalah sebuah katup satu arah yang berfungsi untuk
menghantarkan air dari badan hidram menuju tabung udara untuk selanjutnya
dinaikkan menuju tangki penampungan. Klep tekan harus dibuat satu arah agar air
yang telah masuk ke dalam tabung udara tidak dapat kembali lagi ke dalam badan
hidram. Selain itu, klep tekan juga harus mempunyai lubang yang besar sehingga
memungkinkan air yang dipompa memasuki ruang udara tanpa hambatan pada
aliran.
2.3.3 Tabung Udara
Tabung udara harus dibuat dengan perhitungan yang tepat, karena tabung
udara digunakan untuk memampatkan udara di dalamnya dan untuk menahan
tekanan dari siklus ram. Selain itu, dengan adanya tabung udara memungkinkan air
melewati pipa penghantar secara kontinyu. Jika tabung udara penuh terisi air,
tabung udara akan bergetar hebat dan dapat menyebabkan tabung udara pecah. Jika
terjadi kasus demikian, maka ram harus segera dihentikan. Untuk menghindari hal-
hal tersebut, para ahli berpendapat bahwa volume tabung udara harus dibuat sama
dengan volume dari pipa penyalur.
2.3.4 Katup Udara
Udara dalam tabung udara secara perlahan-lahan akan ikut terbawa ke
dalam pipa penyalur karena pengaruh turbulensi air. Akibatnya, udara dalam pipa
perlu diganti dengan udara baru melalui katup udara.
Ukuran katup udara harus disesuaikan sehingga hanya mengeluarkan
semprotan air yang kecil setiap kali langkah kompresi. Jika katup udara terlalu
besar, udara yang masiuk akan terlampau banyak dan ram hanya akan memompa
udara. Namun jika katup udara kurang besar, udara yang masuk terlampau sedikit,
ram akan bergetar hebat, memungkinkan tabung udara pecah. Oleh karena itu,
katup udara harus memiliki ukuran yang tepat.
Beberapa versi menyebutkan bahwa katup udara diperlukan keberadaannya
dalam pompa hidram, namun banyak versi lainnya mengatakan katup udara ini
tidak harus ada dalam pompa hidram, sehingga penggunaannya tergantung pada
masing masing individu yang membuat.
2.3.5 Pipa Masuk/Penghantar
Pipa masuk atau biasa disebut pipa penghantar adalah bagian yang sangat
penting dari sebuah pompa hidram. Dimensi pipa penghantar harus diperhitungkan
dengan cermat, karena sebuah pipa penghantar harus dapat menahan tekanan tinggi
yang disebabkan oleh menutupnya klep buang secara tiba-tiba. Selain itu, pipa
penghantar harus terbuat dari bahan yang tidak fleksibel untuk menghasilkan
efisiensi yang maksimal. Biasanya pipa penghantar ini menggunakan pipa besi yang
digalvanisir, tetapi bisa juga menggunakan bahan yang dibungkus dengan beton.
Untuk mengurangi kerugian-kerugian akibat gesekan, maka dalam
penentuan panjang pipa penghantar harus berkisar antara 150-1000 kali dari ukuran
diameternya. Untuk mengetahui ukuran-ukuran pipa penghantar yang sesuai
dengan ketentuan tersebut maka dapat dilihat referensi pada Tabel 2.1 yang
menunjukkan panjang minimum dan maksimum pipa penghantar yang dianjurkan
pada setiap ukuran diameter.
Tabel 2.1 Panjang pipa penghantar berdasarkan diameternya
Minimum Maksimum
13 2 13
20 3 20
25 4 25
30 4.5 30
40 6 40
50 7.5 50
80 12 80
100 15 100
Panjang (m)Diameter Pipa Penghantar (mm)
Sumber :http://www.lifewater.org/resources/rws4/rws4d5.html
Sedangkan untuk menentukan diameter pipa penghantar biasanya dapat
disesuaikan dengan ukuran pompa hidram yang direkomendasikan oleh pabrik
seperti yang tertera pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Diameter pipa penghantar berdasarkan ukuran pompa
Ukuran Pompa Hidram (inchi) Diameter Pipa Penghantar (mm)
1 32
2 38
3 51
3,5 63,5
4 76
5 101
6 127 Sumber :http://www.lifewater.org/resources/rws4/rws4d5.html
Berdasarkan ukuran pompa hidram maupun pipa penghantar, maka dapat
diketahui debit air yang dibutuhkan pipa penghantar seperti terlihat pada Tabel 2.3
dibawah ini.
Tabel 2.3 Debit air yang dibutuhkan pipa penghantar
Ukuran Pompa Hidram (Inchi) Debit yang Dibutuhkan Pipa
Penghantar (Liter/menit)
1 7-16
2 12-25
3 27-55
3,5 45-96
4 68-137
5 136-270
6 180-410
Sumber :http://www.lifewater.org/resources/rws4/rws4d5.html
2.3.6 Pipa Keluar/Penyalur
Pipa keluar atau biasa disebut pipa penyalur merupakan pipa yang berfungsi
untuk mengalirkan air hasil pemompaan yang berasal dari tabung udara. Ukuran
diameter pipa penyalur biasanya lebih kecil dari ukuran diameter pipa penghantar,
sedangkan ukuran panjangnya disesuaikan dengan ketinggian yang dibutuhkan.
2.3.7 Sumber Air
Air yang masuk ke saluran pipa penghantar harus bebas dari sampah dan
pasir maupun kerikil agar pompa tidak macet, karena sampah dan pasir yang ikut
terbawa oleh air dapat menyumbat atau menahan klep. Jika air yang mengalir dari
sumber air tidak bersih dari sampah dan kerikil maka mulut pipa penghantar di
ujung sumber air harus dipasang saringan. Jika sumber air terlalu jauh dari pompa
hidram, maka saluran air agar bisa mencapai pipa penghantarnya harus dirancang
sedemikian rupa agar air bisa mencapai pipa penghantar tersebut. Saluran pipa
kearah pipa penghantar, diameternya paling tidak dua kali lebih besar dari pipa
penghantar.
2.3.8 Tandon Air
Tandon air dipasang ditempat dimana air dibutuhkan. Fungsi dari tendon
adalah untuk menampung air yang telah dipompa naik oleh pompa hidram. Ukuran
tendon tergantung dari kapasitas yang dibutuhkan.
2.4 Faktor Penting dalam Membuat Pompa Hidram
Dalam pengoperasian pompa hidram sering ditemukan beberapa kendala,
yang paling banyak dijumpai adalah klep buang yang tidak berfungsi dengan baik,
misalnya:
a. Tidak dapat naik/menutup, disebabkan oleh klep terlalu berat atau
kurangnya debit air yang masuk pompa. Hal ini dapat diatasi dengan
mengurangi beban atau memperpendek langkah klep buang.
b. Klep tidak mau turun/membuka, disebabkan karena beban klep terlalu
ringan, sehingga dapat diatasi dengan menambah beban atau
memperpanjang langkah klep buang.
Agar pompa hidram dapat bekerja sesuai dengan yang direncanakan, maka
dalam proses pembuatannya harus memperhatikan beberapa faktor penting,
diantaranya:
a. Diameter pipa pemasukan/penghantar supaya ditentukan dan dihitung
sehingga tidak dapat menyerap seluruh debit air dari sumber air yang
digunakan, dalam artian masih ada air yang melimpah dari tempat sumber
air selama pemompaan bekerja. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan
tinggi jatuh air dari sumber ke pompa.
b. Diameter pipa untuk badan pompa supaya dibuat lebih besar dari pada
diameter pipa pemasukan/penghantar. Hal ini berarti besar/kecilnya badan
pompa ditentukan oleh besar/kecilnya diameter pipa
pemasukan/penghantar.
c. Diameter pipa untuk tabung udara sebaiknya dibuat lebih besar daripada
diameter badan pompa.
d. Diameter lubang klep buang dan lubang klep tekan sebaiknya dibuat lebih
besar daripada diameter pipa pemasukan/penghantar.
e. Sudut miring pipa pemasukan/penghantar dibuat 15o dengan panjang pipa
dibuat 5 – 8 kali tinggi jatuh air.
f. Selama pompa bekerja supaya tinggi angkat klep dan pemberat klep buang
diatur sehingga klep dapat terangkat dan tertutup sebanyak 50-60 kali setiap
menit.
2.5 Efisiensi Pompa Hidram
Untuk mencari efisiensi pompa hidram, terdapat beberapa rumus/persamaan
yang dapat digunakan dalam perhitungan, diantaranya adalah sebagai berikut:
a. Menurut D’Aubuisson
Menurut D’Abuisson, perhitungan efisiensi pompa hidram berpatokan pada
klep buang untuk digunakan sebagai datum. Untuk mengetahui cara
perhitungan tersebut dengan lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2.8 di
bawah ini.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.8 Datum dalam perhitungan efisiensi menurut D’Aubuisson
Sehingga dapat dirumuskan1 :
Ƞ = 𝑞 (𝐻 + ℎ)
(𝑄 + 𝑞)𝐻… … … … … (1)
dimana:
Ƞ = efisiensi pompa hidram, (%)
q = debit hasil, (Liter/detik)
Q = debit limbah, (Liter/detik)
h = head keluar, (meter)
H = head masuk, (meter)
b. Menurut Rankine
Menurut Rankine, permukaan air pada tangki pemasukan digunakan sebagai
datum. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Sumber: Surya, 2013
Gambar 2.9 Datum dalam perhitungan efisiensi menurut rankine
1 Godavari Sugar Mills Ltd, Hydram Pumps, 2007 hal 28
Sehingga dapat dirumuskan2 :
Ƞ = 𝑞. ℎ
𝑄. 𝐻… … … … … (2)
dimana:
Ƞ = efisiensi pompa hidram, (%)
q = debit hasil, (Liter/detik)
Q = debit limbah, (Liter/detik)
h = head keluar, (meter)
H = head masuk, (meter)
Selain menggunakan rumus/persamaan efisiensi menurut metode
D’Aubuission dan Rankine, efisiensi pompa hidram dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan3 :
Ƞ = 𝑄𝑜𝑢𝑡
𝑄𝑖𝑛… … … … … . (3)
dimana:
Ƞ = efisiensi pompa hidram, (%)
Qout = debit air yang keluar/dihasilkan, (Liter/menit)
Qin = debit air yang masuk, (Liter/menit)
Sedangkan untuk menghitung besarnya debit yang dihasilkan oleh pompa
hidram, dapat dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus/persamaan4
𝑄 = 𝑣
𝑡… … … … … (4)
2 Godavari Sugar Mills Ltd, Hydram Pumps, 2007 hal 28 3 Suroso, Priyantoro, D. dan Krisandy Y., Pembuatan dan Karakterisasi Pompa Hidrolik pada
Ketinggian Sumber 1,6 meter, 2012 hal 273 4 Suroso, Priyantoro, D. dan Krisandy Y., Pembuatan dan Karakterisasi Pompa Hidrolik pada
Ketinggian Sumber 1,6 meter, 2012 hal 273
dimana:
Q = debit air yang ditampung, (Liter/detik)
V = volume air yang ditampung, (Liter)
t = waktu, (detik)
top related